JP2007249217A - 光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材とハードコート層の屈折率が異なることによって発生する干渉ムラを防止できる光学フィルム及び簡単かつ低コストなその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基材上にハードコート層を設けた光学フィルムにおいて、ハードコート層と基材の界面近傍の屈折率が連続的に変化することを特徴とする光学フィルムと、基材を溶解もしくは膨潤させる溶剤を用いてハードコート層を該基材に塗布することを特徴とする光学フィルムの製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明はディスプレイ、たとえば液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等の表面を保護する目的で使用される基材上にハードコート層を設けた光学フィルムおよびその製造方法に関する。

従来各種ディスプレイに用いられる反射防止用途などの光学フィルムは、光学特性の他にも、耐擦傷性や耐薬品性および耐候性を考慮し、基材表面上に活性エネルギー線硬化型樹脂を用いたハードコート層を設けることが多かった。しかしこの活性エネルギー線硬化によって得られたハードコート層の屈折率は、図２に示すように、用いられる基材の屈折率とかけ離れる場合が多いために、ハードコート層表面で反射する光と、ハードコート層と基材の界面で反射する光の干渉のために、虹色のムラ（干渉ムラ）を生じ、ディスプレイの視認性を劣化させ、またディスプレイの美観を損なうものであった。

例えば、ハードコート層に用いる樹脂は、通常１．５〜１．６程度の屈折率である。これに対して基材の屈折率は、たとえばポリエチレンテレフタレートであれば１．６５程度、トリアセチルセルロースであれば１．４５程度である。従ってハードコート層と基材との界面が明確にある場合には、屈折率の違いにより界面での光の反射が起こる。そのためにハードコート層表面での反射成分と、界面での反射成分との干渉が起こるために虹色の干渉ムラを生じる結果となるのである。

従ってこの干渉ムラを抑制するために、特開平８−１９７６７０号公報または特開２０００−１１１７０６号公報に示されるような技術が発明、開示されている。特開平８−１９７６７０号公報に記載の干渉ムラ低減技術は、基材上に凹凸を設けることによってハードコート層と基材との界面での光の反射を散乱させる技術である。しかし、光を散乱させるために凹凸が大きいと干渉ムラは低減するがＨａｚｅが上昇するという不具合が生じ、凹凸が小さすぎると光の散乱効果が弱まり干渉ムラの低減効果が弱まるという不具合が生じていた。

また、特開２０００−１１１７０６号公報に記載の干渉ムラ防止技術は、基材とハードコート層の屈折率差を少なくするために、基材とハードコート層の間に中間層を設けるというものである。この技術では中間層を設けても段階的に屈折率が変化するに過ぎず、干渉ムラは少なくなっても無くなるまでには至らない。また中間層を設ける工程が必要となるためコストアップにつながるという不具合があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、簡単かつ低コストで干渉ムラの無い光学フィルムおよびその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は基材上にハードコート層を設けた光学フィルムにおいて、ハードコート層と基材の界面近傍の屈折率が連続的に変化することを特徴とした、干渉ムラを防止する光学フィルムを提供するものである。
このような構成にすることで、基材とハードコート層界面からの反射が無くなり、干渉ムラ無くすことができる。

また、基材がポリエステルからなる光学フィルム、および、基材が酢酸セルロースからなる光学フィルムを提供するものである。
ポリエステルは安価で入手し易いため、干渉ムラの無い光学フィルムを安価に提供でき、酢酸セルロースは、ポリエステルに比較して価格は高いが、光学的に複屈折が少なく、透明性が高く、Ｈａｚｅを低く出来るなどの利点があるため、光学特性の良い光学フィルムを提供できる。

さらに前記記載の光学フィルムを製造する際に、基材を溶解または膨潤させる溶剤を用いてハードコート層を塗布することを特徴とする光学フィルムの製造方法を提供するものである。
このような製造方法により干渉ムラの無い光学フィルムを簡便且つ安価に製造することができる。

本発明は、基材上にハードコート層を設けた光学フィルムにおいて、ハードコート層と基材の界面近傍の屈折率が連続的に変化することより、干渉ムラを防止することが可能となった。その結果、光学フィルムをディスプレイに使用した場合、従来よりも視認性を向上させることができた。

また、ハードコート層を塗布する際に調整される塗布液に基材を溶解または膨潤させる溶剤を用いた製造方法をとることで、干渉ムラの無い光学フィルムを簡便且つ安価に製造することができた。

また、このようにして製造された光学フィルムは、ハードコート層の塗液が基材表面を溶解して塗布されているため、耐久性や密着性を通常のものよりも上がるとういう効果も奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
基材上にハードコート層を形成した光学フィルムを図１に示す。
光学フィルムを形成する基材１としては、種々の有機高分子からなるフィルムもしくはシートを用いることができる。通常ディスプレイ等の光学部材に使用される基材は、透明性や光の屈折率等の光学特性、さらには耐衝撃性、耐熱性、耐久性などの諸物性を考慮して、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナルタレート等）、セルロース系（酢酸セルロース（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）、セロファン等）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、アクリル系（ＰＭＭＡ等）、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール等の有機高分子が用いられる。

さらにはこれらの有機高分子に公知の添加剤、例えば、帯電防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、酸化防止剤、難燃剤等を添加し、機能を付加させたものも使用できる。また、この基材は上記物質単体、もしくは複数の物質を積層もしくは混合させたものでもよい。
また、基材の厚みは光学フィルムを用いる用途によって適宜選択することができ、２５〜３００μｍが好ましい。しかしこれに限定するものではない。

ハードコート層２は基材の表面改質を目的として、光学フィルムのスチールウールラビング試験による耐擦傷性、鉛筆ひっかき試験による硬度、テープ剥離試験による密着性、最小曲げ試験によるクラック性等の諸特性を要求されるスペックを満足させるように樹脂を選択して使用することが出来る。

ハードコート層を形成する樹脂としては、活性エネルギー線硬化型樹脂が用いられることが多く、多官能モノマー、オリゴマーを使用することが出来る。多官能モノマーとしては、たとえば１，４−ブタンジオール（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサジオール（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコール（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、３−メチルペンタンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールビスβ−（メタ）アクリロイルオキシプロピネート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリ（２−ヒドロキシエチル）イソシアネートジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、２，３−ビス（メタ）アクリロイルオキシルエチルオキシメチル［２．２．１］ヘプタン、ポリ１，２−ブタジエンジ（メタ）アクリレート、１，２−ビス（メタ）アクリロイルオキシメチルヘキサン、ノナエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラデカンエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１０−デカンジオール（メタ）アクリレート、３，８−ビス（メタ）アクリロイルオキシメチルトリシクロ［５．２．１０］デカン、水素添加ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル）プロパン、１，４−ビス（（メタ）アクリロイルオキシメチル）シクロヘキサン、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、エポキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。

多官能モノマーは１種類のみを使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。また、必要であれば単官能モノマーと併用し共重合させることも出来る。単官能モノマーとしては、たとえばＮ−ビニルピロリドン、エチルアクリレート、プロピルアクリレート等のアクリル酸エステル類、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、イソオクチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ノニルフェニルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、テトラフルフリルメタクリレート、およびそのカプロラクトン変性物などの誘導体、スチレン、α−メチルスチレン、アクリル酸等およびそれらの混合物が挙げられる。

活性エネルギー線に紫外線を用いる場合は、光重合開始剤を用いることが必要となる。光重合開始剤としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルメチルケタールなどのベンゾインとそのアルキルエーテル類；アセトフェノン、２，２―ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどのアセトフェノン類；メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−アミルアントラキノンなどのアントラキノン類；チオキサン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントンなどのチオキサントン類；ベンゾフェノン、４，４−ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類およびアゾ化合物、過酸化物類、ケタール類、ジスルフィド化合物類、フルオロアミン化合物類、芳香族スルホニウム類、ホスフィンオキシド類などが挙げられる。これらを単体で用いるか、もしくは２種類以上を混合して用いることが出来る。

さらには、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第３級アミン；２−ジメチルアミノエチル安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸エチルなどの安息香酸誘導体等の光開始助剤などと組み合わせて使用することが出来る。これらラジカル重合開始剤の使用量は、前記活性エネルギー線硬化型樹脂の重合成分１００重量部に対して０．１〜２０重量部であり、好ましくは１〜１０重量部である。

また、必要に応じて公知の一般的な塗料添加剤を配合することが出来る。たとえば良好な塗布面を得るためのレベリング剤、スリップ性を付与するためのシリコーン系あるいはフッ素系の滑剤などがその例である。これら添加剤の使用量は活性エネルギー線硬化型樹脂１００重量部に対して０．０１〜１重量部が適当である。

前記多官能あるいは単官能モノマーを基材上に塗布する際には溶剤で希釈し塗液化することが可能である。本発明においては、基材を溶解または膨潤させる性質を持った溶剤を選択する必要がある。これは、塗布液を調整する際にそのような溶剤を用いれば塗布直後から基材を溶解しつつ樹脂層を形成するために、界面が不明確になり屈折率を連続的に変化させることが可能となるためである。例えば、ポリエチレンテレフタレートを基材に用いた場合は、有機溶剤に対して比較的安定であるが、フェノール、ニトロベンゼン、クロロフェノール、クロロベンゼン、ヘキサフルオロイソプロパノール等が、また基材がトリアセチルセルロースの場合には、クロロホルム、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル等の溶剤が適している。

以上のように基材を溶解または膨潤させる組み合わせと、組成物の安定性、基材に対する濡れ性、揮発性などを考慮して溶剤は選定され、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、２−メトキシエタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチル等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類、エチレングリコール、プロピレングリコール、へキシレングリコール等のグリコール類、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のグリコールエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルム等を用いることが出来る。

また、希釈溶剤は１種類のみならず２種類以上を混合して用いることが可能である。また、樹脂そのものの粘度が比較的低く、基材を溶解または膨潤する性質を持ち合わせている場合には溶剤を用いる必要の無い場合もある。また、基材に対して安定な溶剤と混合して使用することも出来る。

このように樹脂、添加剤、溶剤、および必要に応じて光重合開始剤を混合、攪拌して、ハードコート層の塗液とする。この塗液を基材に塗布する方法としては、ウェットコーティング法、たとえばグラビアコーティング法、ロールコーティング法、リバースコーティング法、ダイコーティング法、ナイフコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等が挙げられ、所望の厚みに塗布する。その後溶剤成分をドライヤーによって蒸発させ、基材上に樹脂層を形成させる。その厚みは、厚すぎるとカールを生じたり、クラックを生じる可能性があり、また薄すぎると所望の硬度が得られないという不具合もあるので通常１〜２０μｍ程度、好ましくは２〜１０μｍが適正な厚みである。
ここでは、基材を溶解する溶剤をハードコート層の塗液に入れているが、ハードコート層の塗液を塗布する直前に基材を溶解する溶剤を事前に塗布しておく方法をとることも可能である。

このように基材上にハードコート層塗液を塗布、乾燥させた樹脂層の硬化に用いる活性エネルギー線は、電磁波および粒子線を用いる。一般的には電磁波の場合は紫外線を、粒子線には電子線を用いることが多い。
紫外線の光源としては、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプまたはメタルハライドランプが使用できる。またランプの形態としては有電極ランプ、および無電極ランプがあるが、どちらを使用してもよい。紫外線の照射量は、硬化させるハードコート層の樹脂組成および膜厚によって異なるが、１００〜５０００ｍＪ／ｃｍ２が適当であり好ましくは５００〜２０００ｍＪ／ｃｍ２である。

さらに紫外線照射を行う際に硬化させる空間を窒素ガスで置換させてもよい。窒素による置換は樹脂の硬化時の酸素阻害を抑制する効果があり、特に樹脂層の最表面での架橋密度を上げることが可能となり表面硬度が向上する。

電子線を用いて硬化させる場合には、コックロフトワルト型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される５０〜１０００ＫｅＶのエネルギーを有する電子線が利用できる。

このように形成された光学フィルムは、図１に示すように、ハードコート層と基材の界面が無く、屈折率曲線３は連続的に変化している。従って、ハードコート層表面で反射する光と、ハードコート層と基材の界面で反射する光の干渉のために、虹色のムラ（干渉ムラ）が発生することを防止できる。

以下実施例について詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは無い。
＜実施例１＞
基材として厚み１８８μｍのポリエチレンテレフタレートを用いて、
ペンタエリスリトールトリアクリレート ５重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ５重量部
イルガキュアー１８４ ０．３重量部
メチルエチルケトン ９重量部
ヘキサフルオロイソプロパノール １重量部
を攪拌、混合した塗布液を、グラビアコーティング法によりＷＥＴ膜厚１０μｍ（乾燥後のＤＲＹ膜厚５μｍ）になるように塗布、乾燥させ、高圧水銀灯により１０００ｍＪの紫外線を照射しハードコート層を形成し、光学フィルムを作製した。

＜実施例２＞
基材として厚み８０μｍトリアセチルセルロースを用いて、
ペンタエリスリトールトリアクリレート ５重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ５重量部
イルガキュアー１８４ ０．３重量部
メチルエチルケトン ５重量部
酢酸メチル ５重量部
を攪拌、混合した塗布液を、グラビアコーティング法によりＷＥＴ膜厚１０μｍ（乾燥後のＤＲＹ膜厚５μｍ）になるように塗布、乾燥させ、高圧水銀灯により１０００ｍＪの紫外線を照射しハードコート層を形成し、光学フィルムを作製した。

＜比較例１＞
基材として厚み１８８μｍのポリエチレンテレフタレートを用いて、
ペンタエリスリトールトリアクリレート ５重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ５重量部
イルガキュアー１８４ ０．３重量部
メチルエチルケトン １０重量部
を攪拌、混合した塗布液を、グラビアコーティング法によりＷＥＴ膜厚１０μｍ（乾燥後のＤＲＹ膜厚５μｍ）になるように塗布、乾燥させ、高圧水銀灯により１０００ｍＪの紫外線を照射しハードコート層を形成し、光学フィルムを作製した。

＜比較例２＞
基材として厚み８０μｍトリアセチルセルロースを用いて、
ペンタエリスリトールトリアクリレート ５重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ５重量部
イルガキュアー１８４ ０．３重量部
メチルエチルケトン １０重量部
を攪拌、混合した塗布液を、グラビアコーティング法によりＷＥＴ膜厚１０μｍ（乾燥後のＤＲＹ膜厚５μｍ）になるように塗布、乾燥させ、高圧水銀灯により１０００ｍＪの紫外線を照射しハードコート層を形成し、光学フィルムを作製した。

前記実施例および比較例において、鉛筆硬度、スチールウールラビング、密着性および外観を評価した。その結果は表１に示す。

鉛筆硬度・・・ＪＩＳ Ｋ５４０１に示された試験方法に基づき評価した。
耐擦傷性・・・＃００００のスチールウールを用いて、２５０ｇ／ｃｍ２の荷重をかけながら１０回往復摩擦し、キズの発生の有無を評価した。
密着性・・・ハードコート層表面を１ｍｍ角１００点カット後、セロハンテープ［ニチバン（株）製、工業用２４ｍｍ幅粘着テープ］により密着させ、その後セロハンテープを剥がし、剥離数を評価した。
外観・・・光学フィルムのハードコート層が形成された反対の面を、サンドペーパーで擦り、その後艶消しの黒色塗料を塗布し、ハードコート層形成側から光学フィルムを観察した。

実施例および比較例の比較によると、基材を溶解または膨潤させる溶剤を塗布液に混合させてハードコート層を形成させた場合と、用いずに形成させた場合で鉛筆硬度、スチールウールラビング、密着性の諸特性を変化させずに干渉ムラのみ無くすことが可能となることが確認された。

ハードコート層の屈折率が基材よりも高い場合の屈折率曲線を図示した本発明の光学フィルムの断面図である。 ハードコート層の屈折率が基材よりも高い場合の屈折率曲線を図示した従来の技術による光学フィルムの断面図である。

符号の説明

１・・・基材
２・・・ハードコート層
３・・・屈折率曲線

Claims (4)

1. 基材上にハードコート層を設けた光学フィルムにおいて、ハードコート層と基材の界面近傍の屈折率が連続的に変化することを特徴とする光学フィルム。
2. 基材がポリエステルからなる請求項１記載の光学フィルム。
3. 基材が酢酸セルロースからなる請求項１記載の光学フィルム。
4. 請求項１から３の何れかに記載の光学フィルムを製造する方法であって、基材を溶解または膨潤させる溶剤を用いてハードコート層を該基材に塗布することを特徴とする光学フィルムの製造方法。

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